Análisis de Contingencias Eléctricas

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FRANCISCO JAVIER GOMEZ PACUÉ ANTONIO ESCOBAR ZULUAGA 
Estudiante Tecnología Eléctrica Ingeniero Electricista. M.Sc. 
Universidad Tecnológica de Pereira Director de Proyecto de Grado 
 
 
 
ANALISIS DE CONTINGENCIAS SIMPLES, DOBLES Y TRIPLES EN EL SISTEMA 
ELECTRICO DE PEREIRA 
 
RESUMEN: 
Este documento pretende dar a conocer las variaciones, 
en los niveles de tensión y niveles de sobrecarga, en cada 
uno de los circuitos que conforman el Sistema Eléctrico 
de Pereira (S.E.P), en una hora determinada (12 M), 
después de haber realizado contingencias simples, dobles, 
y triples. Además determinar el caso más severo cuando 
salen de funcionamiento uno, dos, o tres circuitos del 
S.E.P. 
Se presenta un análisis comparativo en Tablas y Gráficos 
de Excel, que permite ver el comportamiento de los 
niveles de tensión y niveles de sobrecarga producidas por 
una contingencia, para determinar el caso más severo que 
afecta al sistema, y llegar a generar una solución que 
garantice el funcionamiento óptimo del S.E.P. 
PALABRAS CLAVES: contingencias simples, 
contingencias dobles, contingencias triples, sobrecarga, 
flujo de carga. 
ABSTRACT: 
This work shows the variations in the levels of tension 
and levels of overload, in each circuit of the Pereira's 
Electrical System (S.E.P), in 12 AM hour in single, 
double, and triple contingencies. In addition the severest 
case is analyzed for this contingencies. 
A comparative analysis in presented using tables and 
graphics of Excel, which allows to see the behavior of 
the tension levels and levels of overload produced by a 
contingency, to determine the case severest that concerns 
the system, and generate a solution that guarantees the 
ideal functioning of the S.E.P. 
KEYWORDS: single contingencies, double 
contingencies, triple contingencies, overload, load flow. 
1. INTRODUCCION: 
Para los sistemas eléctricos de potencia el tema de 
la seguridad es primordial en estudios energéticos, a 
medida que la población crece exige una mayor 
demanda y consumo de energía. En la actualidad se 
prevén una serie de problemas o sobrecargas en los 
circuitos del sistema eléctrico de potencia, esto es lo 
que hace crear un estudio más a fondo sobre los 
efectos causados en cada uno los elementos que 
componen un sistema. 
Existe una serie de eventos llamados casos críticos, 
los cuales son el resultado de pérdidas de elementos 
esenciales para la adecuada operación del sistema y 
por las sobrecargas causadas sobre otros elementos 
como consecuencia de la salida de dichos 
elementos. 
El principal objetivo de los análisis de seguridad en 
estado estable de sistemas eléctricos de potencia, es 
determinar cuáles contingencias causan violaciones 
de los límites operativos de los elementos del 
sistema y además el grado de severidad de tales 
violaciones, por lo tanto debemos conocer 
previamente cómo se comporta el sistema ante 
ciertas circunstancias. 
En las empresas de energía eléctrica se hace 
necesario el uso de programas de simulación que 
nos permitan calcular los resultados de los 
problemas de flujos de carga para sistemas de gran 
tamaño y complejidad. A través de estos se puede 
predecir el estado bueno o malo durante la 
operación cuando existen salidas planeadas o no 
planeadas de elementos del sistema. 
2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES: 
Sistemas eléctricos de potencia: Un sistema 
eléctrico de potencia está conformado por sistemas 
de generación, sistema de transmisión y los 
consumidores. Se caracteriza porque está asociado a 
grandes tensiones y grandes niveles de potencia, las 
tensiones son del orden del kV y las potencias del 
orden de los MW. 
Flujo de carga: Es una herramienta importante que 
involucra análisis numérico aplicado a un sistema 
de potencia. En el estudio del flujo de potencia 
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usualmente se usa una notación simplificada tal 
como el diagrama unifilar y el sistema por unidad. 
Los estudios de flujo de carga determinan las 
tensiones nodales del sistema y los flujos de 
potencia activa y reactiva a través de las líneas y 
transformadores. 
Cargabilidad: Límite térmico dado en capacidad de 
corriente, para líneas de transporte de energía, 
transformadores, etc. 
Nodo eléctrico: Es un punto de convergencia 
eléctrica donde se conectan elementos del sistema 
que están al mismo potencial, los elementos que 
conectan a un nodo son generadores, cargas, 
reactores inductivos, condensadores, 
transformadores, líneas. 
Nodo Slack: Es un nodo único en el sistema 
también llamado nodo oscilante. Este nodo se 
encarga de inyectar la potencia faltante en el 
conjunto (Demanda + Pérdidas) y establece el 
balance global del sistema. 
Nodo PV: Es un nodo en el que se realiza control 
de tensión y desde el que se inyecta una potencia 
activa especificada al sistema de potencia. 
Nodo PQ: Representa normalmente un nodo de 
consumo en el que se conoce la potencia activa y 
reactiva demandada. 
Potencia Activa: Es la parte de la potencia eléctrica 
que representa un consumo efectivo. Se mide en 
MW. 
Potencia Reactiva: Al suministrar energía eléctrica 
a un circuito, parte de la potencia eléctrica es 
acumulada; si es acumulada en un campo magnético 
por las inductancias del circuito, se denomina 
potencia reactiva inductiva y si es acumulada en un 
campo eléctrico por los condensadores del circuito 
es potencia reactiva capacitiva. 
Sobrecarga: Funcionamiento de un equipo por 
encima de sus parámetros normales a plena carga o 
de un conductor por encima de su capacidad de 
corriente nominal. 
Sobrecorriente: Corriente por encima de la 
corriente nominal de un equipo o de la capacidad de 
corriente de un conductor. 
 Contingencia simple: Es un evento que ocurre 
cuando un elemento de la red es retirado o sale de 
servicio de manera imprevista o programada. 
Contingencia doble: Es un evento que ocurre 
cuando dos elementos de la red son retirados o salen 
de servicio de manera imprevista o programada. 
Contingencia Triple: es un evento que ocurre 
cuando tres elementos de la red son retirados o salen 
de servicio de manera imprevista o programada. 
Salida planeada: Cuando un elemento de la red es 
retirado de manera programada, puede ser por 
mantenimiento u otros factores. 
Salida no planeada: Cuando un elemento de la red 
es retirada de manera imprevista, puede ser por un 
daño en el sistema o una situación ambiental. 
3. SISTEMA DE PRUEBA: 
El sistema de prueba, es el sistema eléctrico de la 
ciudad de Pereira conformado por: 20 barras con 
niveles de tensión (115 kV, 33 kV, 13.8 kV y 13.2 
kV), 13 líneas de transmisión, entre las cuales se 
encuentran, 4 líneas de 115 kV, 7 líneas de 33 kV y 
2 líneas de 13.2 kV (estas dos líneas de 13.2 kV se 
consideran porque interconectan el sistema con 
plantas de generación), 15 transformadores de 
potencia y 2 plantas de generación locales, las 
cuales son: planta de generación de Libaré y la 
planta de generación de Belmonte. En la Figura 
N°1 se muestra la topología del sistema eléctrico de 
la ciudad de Pereira. 
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Figura N°1 “Topología del Sistema Eléctrico de Pereira”. 
 
A continuación se muestra la tabla con las siglas 
correspondientes de cada uno de los elementos y 
nodos del sistema eléctrico: 
 
Figura N°2 “Siglas del sistema” 
4. METODOLOGIA: 
 
En este análisis se evaluaron los impactos 
producidos en el(S.E.P), cuando se tienen 
contingencias simples, dobles, y triples con los 
elementos del sistema, para obtener las tablas con 
los valores requeridos para el estudio se utilizaron 
los software “Neplan 5.2” y “Microsoft Excel 
2013”, y por ultimo llegar a obtener la contingencia 
que presenta mayor problema en el sistema y así 
darle una solución adecuada para el funcionamiento 
óptimo del sistema, para realizar este trabajo fue 
necesario dividirlo en 4 partes, a continuación se 
muestra la descripción de cada una de ellas: 
 
MONTAJE DEL SISTEMA: 
 
En esta primera parte, se realizó el montaje del 
Sistema Eléctrico de Pereira (S.E.P), utilizando el 
software “Neplan 5.2” y se obtuvo el caso base, con 
el cual se realizaron la contingencias, En este caso 
base se debía garantizar que, la potencia reactiva en 
los nodos de CAR115 debía ser aproximadamente 
igual a la mitad de la potencia activa en estos nodos, 
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Al simular el sistema eléctrico de la ciudad de 
Pereira se asume que por el generador de Cartago 
hay un aporte de 30 MW y una tensión en este 
mismo nodo de 101,54 %. Este nodo frontera se 
toma como un nodo PV en el sistema. El nodo de La 
Rosa es un nodo importador de generación y se 
asume como nodo slack con una tensión de 100 %. 
 
Belmonte es un nodo de generación local y se 
asume como nodo PQ con dos generadores de 
potencia activa de 1 MW y un factor de potencia de 
0,85. El nodo PQ de libaré es también otro 
generador local que cuenta con un aporte de 4 MW 
de potencia activa y un factor de potencia de 0,85. 
 
PROCESO PARA OBTENER EL CASO BASE: 
Al llevar a cabo la simulación del sistema eléctrico 
de potencia de la ciudad de Pereira se observa que 
no se cumplen las condiciones necesarias para tener 
el caso base, en la Figura N°3 se muestran los 
valores de potencia activa y reactiva en los nodos 
slack (Rosa) y el nodo PV (Cartago), sin haber 
conectado al sistema los bancos de compensación 
capacitiva para inyectar reactivos y con todos los 
transformadores en el tap 0. 
Figura N°3 “Valor de potencia activa y reactiva 
en los nodos PV y Slack sin compensación” 
Para mejorar las tensiones nodales y las potencias 
activas, reactivas en los nodos, se recurre a 
maniobrar taps en los transformadores, primero los 
de mayor capacidad y tensión 115 kV los cuales 
son, Banco 1 y Banco 2 con 60 MVA, CUBA-T3 
con 75 MVA y DQS-T3 con 75 MVA, luego se 
maniobra el tap central de cada transformador a 
nivel de 33 kV. Al no tener una buena tensión nodal 
dentro de los límites de seguridad permitidos se 
recurre a aumentar la tensión de operación en 
Cartago para bajar un poco los reactivos inyectados 
por el generador de Cartago. 
Después se optó por colocar los bancos de 
compensación de potencia reactiva ya que al darle 
solución al problema de baja tensión y disminuir el 
consumo de reactivos, es necesario una 
compensación a nivel de 13,2 kV en el nodo de 
Cuba, en el nodo de Dosquebradas 13,2 kV, y en el 
nodo de Centro 13,2 kV; la capacidad de cada banco 
es de 5 MVAR en total son 3 bancos de 
compensación. Al hacer este nuevo acople con los 
bancos de compensación, de nuevo se debe 
maniobrar taps en los transformadores para así 
lograr los valores requeridos de nuestro caso base. 
En la Figura N°4 se muestran los valores de 
potencia activa y reactiva en los nodos slack (Rosa) 
y el nodo PV (Cartago), despues de haber conectado 
al sistema los bancos de compensación capacitiva 
para inyectar reactivos. 
 
 
Figura N°4 “Valor de potencia activa y reactiva 
en los nodos PV y Slack con compensación” 
 
Finalmente, cuando se obtuvieron los valores de 
potencia activa y reactiva en el nodo PV y en el 
nodo Slack, y además los valores en los niveles de 
tensión en el rango permitido (95% – 105%), se le 
denominó a este el caso base para el sistema 
eléctrico de Pereira en la hora 12 M, en la Figura 
N°5 se muestran los valores de tensión y 
cargabilidad del caso base. 
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Figura N°5 “Valores de cargabilidad y niveles de tensión en el caso base”. 
CONTINGENCIAS SIMPLES: 
En esta segunda parte, después de tener el caso base con los valores deseados, se procedió a simular 
contingencias en el sistema, sacando de funcionamiento un elemento, y tomando los datos de las contingencias 
simples que se generaban en tablas, para el respectivo análisis, esto mismo se hizo consecutivamente hasta cubrir 
todos los elementos que conforman el (S.E.P.), Después de sacar de funcionamiento todos los elementos del 
sistema se obtuvieron 8 contingencias simples, de las cuales 6 presentaban violación en los niveles de tensión de 
los nodos, y 2 presentaban violación en los niveles de cargabilidad, en la Figura N°6 se muestran los nombres 
de los elementos que fueron retirados y presentaron problemas en el (S.E.P.). 
 
Figura N°6 “Nombre de los elementos que conforman las contingencias simples y sus respectivos datos”. 
CONTINGENCIAS DOBLES: 
En esta tercera parte, después de tener las contingencias simples , se procedió a simular contingencias en el 
sistema, sacando de funcionamiento dos elementos, los dos elementos lo conforman una contingencia simple, y 
otro elemento del sistema, y así tomar los datos de las contingencias dobles que se generaban en tablas, para el 
respectivo análisis, esto mismo se hizo consecutivamente hasta cubrir todos los elementos que conforman el 
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(S.E.P.) y cada una de las contingencias simples, Después de sacar de funcionamiento todos los elementos del 
sistema, se obtuvieron 259 contingencias dobles, de las cuales 185 presentaban violación en los niveles de 
tensión de los nodos, 56 presentaban violación en los niveles de cargabilidad, y 18 presentaban violación en los 
niveles de tensión y cargabilidad simultáneamente, Después de analizar y graficar los datos de las tablas, se 
identificó que contingencias dobles, generaban mayor problema y se escogieron los dos casos más críticos de 
acuerdo al problema que presentaban respectivamente, y así obtener el nombre de la contingencia doble que más 
afecta al sistema cuando estos dos elementos salen de funcionamiento, con esta contingencia se procedió a hacer 
el estudio de las contingencias triples, teniendo en cuenta que se llegó a la conclusión que esta contingencia 
doble era la más severa para el funcionamiento óptimo del (S.E.P), en la Figura N°7 se muestran los nombres de 
los elementos que fueron retirados y presentaron problemas en el (S.E.P.). 
PROCESO PARA OBTENER LA CONTINGENCIA DOBLE MAS CRITICA: 
En primer lugar después de tener los datos de todas las contingencias dobles en tablas y graficados, se 
seleccionaron los dos casos más críticos de acuerdo al problema que presentaban en el sistema, ya fuera por 
niveles de tensión violados, sobrecarga en los circuitos, o en el caso más severo la combinación de los casos 
anteriores, después de seleccionar los casos más críticos se obtuvo la siguiente tabla que se muestra en la Figura 
N°5, esta tabla solo nos muestra los casos más críticos en los niveles de tensión y en sobrecarga. 
Figura N°7 “Casos más severos en las contingencias dobles”. 
Como se trata de encontrar el caso más severo para el funcionamiento óptimo del sistemaeléctrico, se 
seleccionaron los casos más severos de la tabla mostrada en la Figura N°8 y se compararon con, los casos más 
críticos que combinan niveles de tensión en los nodos fuera del rango permitido, y sobrecarga en los elementos 
simultáneamente, siendo estos los que mayor problema presentan. 
Finalmente se llegó a la conclusión de que la contingencia doble más crítica, es la que se muestra subrayada en 
color amarillo en la Figura N°8, ya que es la contingencia con mayor cantidad de nodos que sobrepasan el rango 
permitido para los niveles de tensión, y a su vez presenta mayor número de circuitos sobrecargados, con esta 
contingencia se realizó el estudio de las contingencias triples. 
Figura N°8 “Contingencia doble más severa”. 
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CONTINGENCIAS TRIPLES: 
En esta parte, después de tener identificada la contingencia doble más crítica para el sistema (L(CU-
RO115)&(DQS-T3), se procedió a simular contingencias en el sistema, sacando de funcionamiento tres 
elementos, los tres elementos lo conforman la contingencia doble más crítica, y el otro elemento adicional. Esto 
se hizo consecutivamente hasta cubrir todas las líneas que conforman el (S.E.P.), para el análisis de las 
contingencias triples se tuvieron en cuenta sólo las líneas de transmisión, por tanto se obtuvieron 12 
contingencias triples, las cuales presentaron violación en los niveles de tensión y en los niveles de cargabilidad 
simultáneamente. 
En la Figura Nº9 se muestran los nombres de las contingencias triples con los respectivos datos de sobrecarga y 
niveles de tensión, en la Figura N°10, se muestra el número de veces que se sobrecarga un mismo elemento, y 
en la Figura N°11, se muestra el número de veces que un mismo nodo se sobrepasa de los límites permitidos. 
Las Figuras Nº10 y Nº11 nos muestra un análisis de cuales elementos son más sensibles o pueden presentar 
problema al momento de una falla, para este análisis se procedió de la siguiente manera: 
Se observó cada tabla que se obtuvo por medio del software NEPLAN 5,2 para cada contingencia triple, y así, se 
creó una tabla con el número de veces que se sobrecargaba o se violaban los límites de tensión en un mismo 
elemento, después se realizó la suma de la columna que nos indicaba el número de veces que un mismo elemento 
presentaba violaciones en cualquiera de los dos casos, y por último se calculó el porcentaje de riesgo que 
representa un circuito o nodo del sistema para presentar una falla cuando ocurre una contingencia triple, para 
hallar el porcentaje se utilizó la siguiente expresión: 
 
% = 
𝑁º 𝑣𝑒𝑐𝑒𝑠 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑑𝑜
𝑠𝑢𝑚𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
× 100 
 
En particular sólo hubo dos casos con mayor severidad, uno por violación en los niveles de tensión permitidos, y 
el otro por cargabilidad, en la Figura N°9, se muestran los nombres de los elementos que fueron retirados, y que 
presentaron problemas críticos en el (S.E.P.). 
Figura N°9 “Nombre de los elementos que conforman las contingencias triples y sus respectivos datos”. 
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Figura N°10 “Numero de veces que se sobrecarga un mismo circuito del S.E.P.” 
Figura N°11 “Numero de veces que se sobrepasan los niveles de tensión en un mismo nodo del S.E.P.” 
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A continuación se muestra la simulación en el software NEPLAN 5,2 cuando se retiran las dos contingencias 
triples más severas que se muestran en la Figura Nº9 subrayadas en color rojo. 
1. L(CU-RO115)&(DQS-T3)&L(DQ-RO115) 
 
Figura N°12 “Simulación del (S.E.P) en el software “Neplan 5.2”, para la contingencia triple N°1”. 
2. L(CU-RO115)&(DQS-T3)&L(RO-CE33) 
 
Figura N°11 “Simulación del (S.E.P) en el software “Neplan 5.2”, para la contingencia triple N°2”. 
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CONCLUSIONES: 
1. Como se observa en la Figura Nº9, se 
puede concluir que el caso más severo es: 
L(CU-RO115)&(DQS-T3)&L(RO-CE33), ya 
que cuando se presente esta desconexión se 
verán afectados 15 nodos por violación en 
tensiones y 19 circuitos se verán 
sobrecargados del S.E.P., en esta 
contingencia se presentan sobrecargas de 
1908,11%, siendo 100% el límite de 
sobrecarga permitido, o sea estamos 
hablando de una sobrecarga en un elemento 
de casi 20 veces lo permitido. 
 
2. En la Figura N°11, se puede observar como 
se ve afectado el S.E.P. cuando se presenta 
el caso más crítico de las contingencias 
triples, dejando a todo el sistema casi en un 
colapso total. 
 
3. En la Figura Nº7, se puede concluir que en 
las contingencias dobles no se ven muy 
afectados los circuitos por sobrecarga, caso 
contrario pasa con los nodos del sistema 
que si se ven seriamente afectados al 
momento de presentarse una falla doble. 
 
4. En la Figura Nº8, se observa que las fallas 
que más severidad presentan al sistema, son 
las cuales en las que se dan violaciones en 
los límites de tensión de los nodos y 
sobrecarga en los circuitos 
simultáneamente. 
 
5. En la Figura Nº10, nos muestra como dos 
elementos (líneas), ROS-CEN33 Y ROS-
VEN33 son supremamente sensibles al 
momento de presentarse una falla triple en 
el sistema, ya que estos dos elementos se 
ven involucrados en casi todas las fallas 
triples realizadas 
 
6. En la Figura Nº11, nos muestra como el 
70% de los nodos del sistema se ve afectado 
al momento de presentarse una falla triple 
en el sistema, se puede concluir que no 
importa la falla triple que ocurra siempre se 
verán afectados más de la mitad de los 
nodos del S.E.P, dejando un gran impacto 
en el suministro de energía eléctrica en la 
hora 12 del mediodía. 
 
BIBLIOGRAFIA: 
[1] Jaume, Gavalda, diccionario de ingeniería 
eléctrica. 2a edición Butterworth 370 páginas, 
Barcelona: 1981. 
[2] Eliseo Robledo Soto, Contingencias Dobles Y 
Simples Para Corrientes En El Sistema Eléctrico De 
Pereira. Universidad Tecnológica De Pereira, 
Facultad De Tecnología, Programa De Tecnología 
Eléctrica. 
[3] ESCOBAR ZULUAGA, ANTONIO. 2011. 
ANÁLISIS DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE 
PEREIRA. 
Http://www.utp.edu.co/~aescobar/cap1SP.pdf. [En 
línea] 2011. 
[4] Edmundo Montoya Monroy. Estudio Estocástico 
De Cargabilidad En Sistemas De Transmisión. 
Instituto Politécnico Nacional. Escuela superior de 
ingeniería mecánica y eléctrica: 2008. 
[5] HAYT, WILLIAN & KEMMERLY, ANÁLISIS 
DE CIRCUITOS EN LA INGENIERIA, 5º 
EDICION. 1999. Wikipedia. [En línea] 1999. 
http://es.wikipedia.org/wiki/Nodo_(circuitos).